Introduction
In dit werk stellen we een originele benadering endotheliale keratoplasty, gebaseerd op het gebruik van een femtoseconde laser om donorweefsel en een nabij infrarood diodelaser te lassen op de ontvangende laag te bereiden. Intraoperatieve meting van de donor hoornvlies moeten de afmetingen donorweefsel kunnen ontwerpen. Endotheliale keratoplastiek is in de laatste jaren voorgesteld penetrerende keratoplastie vervangen behandelen ziekte endotheliale 1,2. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is sneller visueel herstel met betrekking tot penetrerende keratoplastie, verminderde anesthesie tijdens de operatie, een verminderd risico van afstoting van het transplantaat en het behoud van integriteit oog. De belangrijkste risicofactor is postoperatieve donor lenticule dislocatie. De standaardtechniek wordt uitgevoerd door het inbrengen van de donor endotheel in zijn eindpositie waar het wordt gehandhaafd door de injectie van een luchtbel: geen hechtingen worden gebruikt vanwege de mechanische, biofysische en dimensionele characteristics van het endotheel. Bovendien kan gezichtsscherpte herstel beperkt vooral door een mismatch tussen donor en ontvanger weefsel door een dikke getransplanteerde weefsel.
Hier presenteren we een procedure uitvoeren endothelial keratoplasty dat de belangrijkste problemen kan overwinnen. De donor endothelium kan in zijn eindpositie worden gewaarborgd door het gebruik van de laser lastechniek. Dit is een gecontroleerde en gelokaliseerde fotothermische proces: het kan worden geïnduceerd bij de donor / ontvanger-interface. Er is onderzocht in de afgelopen tien jaar en in indringende keratoplasty en in de transplantatie van endotheel 3-5 voorgesteld. De nabije infrarood licht (golflengte: 810 nm) uitgezonden door een laag vermogen diodelaser is geboekt met het biologische weefsel op de wond. Het hoornvlies is uiteraard transparant voor deze golflengte: om dit weefsel te brengen in het laserlicht te absorberen, dient te kleuren met een chromofoor. De voorgestelde kleurstof een steriel verzadigdd water oplossing van indocyaninegroen (ICG). We hebben aangetoond dat wanneer hoornvliesweefsel goed is gekleurd met dit ICG voorbereiding, het toont een absorptiepiek bij 810 nm 6. Bovendien wordt ICG veel gebruikt in de klinische diagnostiek en de veiligheid ervan reeds aangetoond bij mensen. De gebrandschilderde hoornvlies absorbeert de diodelaser licht energie en de belangrijkste uiteindelijke effect is een gecontroleerde temperatuur stijging bij het lassen website. Geen thermische effecten veroorzaakt in het ongekleurde weefsel. De versterking temperatuur veroorzaakt reversibele thermische denaturatie in de stromale collageen, met een onmiddellijke closuring van de wond wanden bij afkoeling. Dit laserlassen effect werd eerst aangetoond in staaroperaties 7,8 en doordringend keratoplastie 9,10. Een geoptimaliseerde benadering die we presenteren in dit document is onderzocht voor toepassing in endotheliale keratoplasty.
In de voorgestelde operatie, enkele laser vlekken (blijvende tientallen msec) are afgeleverd aan het weefsel, hetgeen resulteert in een fotothermische effect gelokaliseerd binnen de spot afmeting (enkele honderden micrometer in diameter): de geïnduceerde effect is een harde laserlassen, bestaande uit een fotocoagulatie van het collageen afgezonderd donor / hostinterface. Het resultaat van het collageen denaturatie bij de gelaste plaats een sterke hechting tussen de donor en gastheer weefsels, waardoor een effect hechten die onmogelijk te verkrijgen met standaardtechniek (st). Het weefsel herwint zijn natuurlijke uitstraling in een korte follow-up (1 maand) en de hechting tussen donor / gastheerweefsels wordt verbeterd door de lassen aangebracht in een zeer vroeg stadium van de genezing fase.
Om de andere belangrijke risico van endotheliale keratoplastiek, namelijk de transplantatie van een dikke donorweefsel voorkomen wordt intrasurgical optical coherence tomography (OCT) gebruikt: een commercieel toestel meet de dikte van donor hoornvlies, waardoor een correcte snede profiel worden ontworpen defemtosec laser. De voorgestelde "all laser" endotheliale transplantatie lijkt dus de klinische resultaten van deze minimaal invasieve chirurgie verbeterd.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De studie werd uitgevoerd bij de prospectief goedkeuring van het ziekenhuis ethische commissie; geïnformeerde toestemming werd verkregen. De studie was in het vasthouden aan de principes van de Verklaring van Helsinki.
1. Donor Endotheel Voorbereiding
- Gebruik een donor hoornvlies zoals opgemaakt door de plaatselijke oog bank bij kamertemperatuur.
- In de operatie kamer, trek de donor hoornvlies uit de aflevering container en apart gezet van de oplossing voor het weefsel behoud en voeding die wordt gebruikt voor het transport van het hoornvlies.
- Plaats de donor corneo-sclerale velg meer dan een kunstmatige voorste kamer, waarin een vloeistof kan stromen en het creëren van een variabele druk; bedekken het hoornvlies met het weefsel behoud hoofd.
- Sluit de kunstmatige voorste kamer (AAC) via een 3-weg verbinding naar een injectiespuit gevuld met de cornea behoud en voedingsvloeistof.
- Gebruik de compressie ring om de houder stevig op zijn plaats houden.
- Gebruik de Syringe verbonden met de AAC aan de intracamerale druk te handhaven: vul de voorste kamer met het weefsel behoud oplossing tot de optimale druk (zie 1.7) te bereiken. Sluit de connector.
- Test de druk in de voorste kamer met een vinger. Verander de binnendruk tot aan de juiste inwendige druk (in het bereik 60-70 mmHg). Sluit de 3-weg connector.
- Meet de dikte van de donor hoornvlies met Optical Coherence Thomography (oktober). Handhaving van de voorste kamer met die cornea in een vaste positie in de voorkant van het instrument optica en neem dan een volledige dikte-oktober overname.
2. Femtoseconde Laser Voorbereiding van de Donor endotheel
- Voer applanatie van de donor hoornvlies onder de femtoseconde laserinrichting. Gebruik de femtosec laser om het donorweefsel gesneden met drie opeenvolgende bezuinigingen: posterior side cut, vol gelamelleerde en de voorste kant cut. Stel de volgende parameters voor de drie bezuinigingen.
- Voor de volledige lamellaire snede (rasterpatroon, beginnen), zet de cut diepte overeenkomt met het dunste punt van de donor hoornvlies (gemeten met de LGO, zoals beschreven in 1.8), altijd af te trekken 95 micrometer. Stel de pulsenergie in het bereik 0,8-0,9 uJ (afhankelijk van de werkdiepte). Stel de diameter tot 8,7 mm. Stel de tangentiële plaatse scheiding 2 urn. Stel de radiale plaatse scheiding 2 urn.
- Voor de voorste kant cut, stel de achterste diepte 30 micrometer dieper dan de vorige volledige gelamelleerde cut. Stel de puls energie om 2.10 uJ; de diameter 8,6 mm; Ter plaatse scheiding 3 urn, terwijl de laag scheiding 3 urn.
- Voor de achterste kant cut, zoekt de voorste diepte van de achterste zijde gesneden 30 micrometer naar voren dan de volledige gelamelleerde cut. Stel het achterste diepte 900 pm. Stel de puls energie om 2.10 uJ; de diameter 8,3 mm; Ter plaatse scheiding 2 micrometer; de laag scheiding 2 urn.
3. Ontvanger Eye Voorbereiding
- Bereid de patiënt voor de operatie. Maak een 4.00 mm hoornvlies incisie om 12 uur met een 4,0 mm voorgekalibreerd mes. Maak een limbale paracentese met een 1,2 mm voorgekalibreerd mes, geplaatst op 2:00. Maak nog een limbale paracentesis om 6 uur met een 30 ° stab mes.
- Plaats een voorste oogkamer handhaver in de voorste kamer van de patiënt, door het 02:00 paracentese.
- Voer een 8.2 mm diameter ronde descemetorexis met de speciale haak.
- Strip de Descemet membraan en endotheel van de achterste stroma en verwijder de weefsels met een Descemet haak.
4. chromofoor Voorbereiding
- Doe 1 mg Indocyanine Green poeder in een 1,5 ml microcentrifugebuis.
- Voeg 9 mg steriel water (het water ICG oplossing 10% w / w).
- Handmatig meng de ICG poeder en het water met een metalen roerder.
5. kleuring van Donor endotheel
- Plaats de donor endotheel op het verwijde deel van een Busin-injector, waarbij de binnenzijde in contact met het oppervlak injector.
- Vlekken op de binnenzijde van donor endotheel met de chromofoor oplossing, in het randdeel, met een spatel. Het correct gekleurd weefsel heeft een homogene groenachtige kleur. Wacht 3 minuten voordat u begint met stap 5.3.
- Trek de donor endotheel op het voorste deel van de Busin-injector, gerold.
6. Plaatsen van de Donor endotheel
- Pak en steek de gevouwen donor endotheel gebruik van een atraumatische coaxiale tang voor endotheliale lenticule.
- Verwijder de voorste oogkamer beheerder.
- Hecht het hoornvlies incisie en de paracentese (uitgevoerd in stap 3.1) met een Nylon 10,0 enkele stich.
- Injecteren van een luchtbel aan het donorweefsel ontvouwen en te drukken tegen de ontvanger hoornvlies. De luchtbel moet compom- geven vul de voorste oogkamer ruimte.
7. Laser Welding
- Plaats de donor lenticule in het midden van de cornea ontvanger, vanuit een haak of bewegen van de luchtbel uit de buitenkant van het hoornvlies met een spatel.
- Gebruik een diodelaser die uitzendt bij 810 nm, uitgerust met een 300 urn kerndiameter steriele glasvezel, met 0,22 als numerieke apertuur (NA).
- Houd de vezelpunt buiten de oogbol en levert de laser licht vanaf de bevlekte endotheel via de transparante hoornvliesweefsel. De vezel tip is in non-contact-configuratie.
- Gebruik de volgende instellingen voor de laser: enkele spot emissie-modus, 70-80 msec pulsduur, 35-40 mJ per puls. He-Ne richtstraal op.
- Lever enkele laser plekjes aan de gebrandschilderde periferie van de donor endotheel. Lever de spots achtereenvolgens: het laatste aspect is een ring van vlekken in de omtrek van de donor lenticule. De afstand tussen twee Adjacent plekken centrum is het dubbele van een spot diameter.
- Breng een contactlens op het oog patiënt, samen met 0,3% en 0,1% tobramycine oftalmische suspensie dexamethasone.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
The "all laser" surgical procedure voorgesteld minimaal invasieve hoornvliestransplantatie voeren. De procedure is eenvoudig uit te voeren (zie figuur 1) ten opzichte van een standaard endotheliale transplantatie alleen de stappen van het meten van de hoornvliesdikte, kleuren van de donorweefsel en leveren het laserlicht worden toegevoegd. De behaalde voordelen grotendeels compenseren een verhoogde chirurgische tijd van een paar minuten. Het gebruik van intraoperatieve oktober de donor hoornvlies dikte en femtosecondelaser gebruikt om de donor lenticule afmetingen passen meten kan de verbetering van de donor / gastheerkoppelorgaan adhesie (zie figuur 2). Daarbij is de operatie ontworpen volgens de behoeften en morfologische kenmerken van de enkele patiënt. De laserlassen procedure voorziet in een onmiddellijke sluiting van de donor / host interfaces 4. In een standaardtechniek, is het niet mogelijk de donorweefsel op enigerlei wijze hechtdraad, want of zijn biomechanische eigenschappen en locatie. De gemeenschappelijke postoperatieve risico is de donor lenticule dislocatie. Onze ervaring heeft donor endotheel dislocatie optreden in een van de 15 behandelde patiënten. Om dit doel te bereiken is het belangrijk te zorgen voor een volledige ring van vlekken, die de uitwendige diameter van de donor / ontvanger-interface. Aan het begin van de klinische studies hebben we een half cirkelvormige las traject geselecteerde patiënten. In een van deze patiënten Fuch Dystrofie met cornea tekort werd een gedeeltelijke verplaatsing van de lenticule waargenomen (zie Figuur 3):-interface hechting bleek alleen de gelaste plaats. Om deze reden, we experimenteerden de procedure het leveren van een volledige ring van plekken, met geoptimaliseerde resultaten.
Figuur 1: endotheliale Transplant. (A) De donor endotheel op de injector wordt gebracht en zijn binnenoppervlak is gekleurd met een waterige oplossing van indocyaninegroen. (B) Het endotheel wordt binnenin het oog van de patiënt ingebracht en gepositioneerd in de definitieve en correcte locatie. (C en D) laserlassen is aangebracht vanaf de buitenkant, levert enkele vlekken met een 300 urn kerndiameter glasvezel, gemonteerd op een handstuk.
(A) Slit afbeelding lamp van een getransplanteerd oog Postoperatieve resultaten, 1 week na de operatie: Figuur 2.. Geen resterende ICG aanwezig is, fotothermisch schade bij de donor / host interface is niet evident. (B) oktober beeld van een getransplanteerd endotheel met de voorgestelde "all laser" techniek en zonder het uitvoeren van donor hoornvlies dikte meting (1week na de operatie). De getransplanteerde endotheel is dik, met een slechte hechting aan de omtrek. (C) oktober beeld van een getransplanteerd endotheel met de voorgestelde "all laser" techniek en oktober donor hoornvlies dikte meting (1 week na de operatie). De dikte lenticule is regelmatig en de hechting is goed.
Oktober beeld van een gedeeltelijk gelast endothelium in een patiënt met Fuchs Dystrofie, 1 dag na operatie laserlassen efficiency: Figuur 3.. In deze patiënt slechts een gedeelte van het endothelium werd gelast stroma van de ontvanger: donor lenticule dislocatie werd de eerste dag na de operatie waargenomen; Dit beeld toont het bewijs dat de lijm effect was alleen aanwezig bij de las sites (witte pijl).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De "all laser" endotheliale transplantatie is een originele benadering van minimaal invasieve hoornvliestransplantatie.
Alle in het protocol beschreven procedures werden uitgevoerd in de operatiekamer, het observeren van de hygiëne en sterilisatie procedure die gemeenschappelijke praktijken tijdens operaties, zoals het gebruik van gesteriliseerde handschoenen, toga, masker en cap zijn. De ICG oplossing werd bereid in de operatiekamer, kort voor de toepassing in kleuren van de donor endotheel. De ICG poeder, het water en de gebruikte middelen om te kleuroplossing bereiden waren steriel en commercieel verkrijgbaar voor gebruik bij de mens. De laser glasvezel werd gesteriliseerd en werd een specifiek handwerktuig aangebracht, zodat het onder de chirurgische microscoop kunnen worden gebruikt.
In de voorgestelde benadering is het gebruik van een intraoperatieve oktober verschaft een correcte meting van de dikte donorweefsel. Deze informatie wordt gebruikt om design een persoonlijk profiel gesneden met gewenste en verminderde donor lenticule dikte, door het gebruik van een femtoseconde laser om het donorweefsel snijden. Laserlassen procedure wordt verstrekt, waardoor de donor lenticule positie in de ontvanger bed stabiliseren. Deze techniek maakt het donorweefsel dislocatie risico als volgt: voor zover wij weten, is de enige manier om de donor endothelium aan de ontvangende laag te hechten.
Een essentieel aspect van deze procedure is dat de ICG oplossing worden bereid in de operatiekamer, kort voor het gebruik ervan. Dit komt door de optische eigenschappen van ICG die snel degradeert. Een verbetering zou de ontwikkeling van een kant-en-klare kit. Een ander essentieel aspect is dat de kleuring procedure introduceert een probleem in de endotheliale transplantatie procedure, omdat de chirurg de binnenzijde van de donor lenticule vlekken. Bovendien kan het laserlassen procedure niet worden uitgevoerd in donorweefsel dat dunner is dan 50 urn. Echter, de postoperatieve resultaten stimuleren van de verspreiding van de procedure en de verdere uitbuiting in andere chirurgische terreinen. Als deze een werkwijze verschaft voor dunne weefsels die zich bevinden in ontoegankelijke plaatsen hechten, een mogelijke toepassing van dezelfde procedure in microvasculaire anastomose of de closuring van de lenscapsulezak. Om deze doelen te bereiken, wordt de volgende stap in het onderzoek de normalisatie van de procedure, het ontwerpen van een platform integreren van een visiesysteem en een geautomatiseerd systeem voor het laserlicht naar het weefsel dat kan worden aangepast aan verschillende chirurgische scenes en target lassen weefsel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
De auteurs willen FORTE Project, gefinancierd door de regio Toscane (POR Creo FESR 2007-2013 Bando Unico R & S 2012), de EU FP7 ECHORD ++ Experiment LA-ROSES dat gedeeltelijk ondersteund de onderzoeksactiviteiten, en het KP7 BiophotonicPlus Project "LITE" verleend bedanken door regio Toscane.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Indocyanine Green | Pulsion Medical Systems, Germany | ICG-PULSION (http://www.pulsion.com/international-english/perfusion/icg-pulsion/) | Alternative product: IC-GREEN, Akorn Inc., Lake Forest, Illinois- US (http://www.icginjection.com/) |
| Femtosecond Laser | Abbott Medical Optics, Abbott Laboratories Inc. Abbott Park, Illinois, USA | iFS150 (http://www.abbottmedicaloptics.com/products/refractive/ilasik/ifs-advanced-femtosecond-laser) | |
| Optical Coherence Tomography (OCT) | Carl-Zeiss Meditec, Dublin, California- US (http://www.zeiss.com/meditec/en_de/home.html) | Visante | |
| Diode Laser | E.l.En. Group s.pa., Calenzano-FI, Italy (http://www.elengroup.com/en/divisions/medical) | Mod. WELD 800 | |
| Artificial Anterior Chamber | CORONET, corneal graft products. Network Medical Products Ltd. Coronet House, Kearsley Road, Ripon, North Yorkshire, HG4 2SG, UK | Artificial Anterior Chamber (A.A.C.) with large and small tissue-retaining heads. Code 51-935 (http://www.networkmedical.co.uk/ophthalmic_artificial_ anterior_chamber.html) |
|
| Solution for tissue preservation and nutrition | AL.CHI.MI.A. Srl, Viale Austria 14, 35020 - Ponte S. Nicolò - PD ITALY |
Carry-C media for corneal deturgescence and transport at room temperature - 12 x 50 ml (http://www.alchimiasrl.com/en/organ-culture-at-31°-c-eb/carry-c-eb) |
References
- Tan, D. T., Dart, J. K., Holland, E. J., Kinoshita, S. Corneal transplantation. Lancet. 379 (9827), 1749-1761 (2012).
- El Husseiny, M. A., Manero, F., Gris, O., Elies, D. Historical Review and Update of Surgical Treatment for Corneal Endothelial Diseases. Ophthalmol Ther. , (2014).
- Rossi, F., et al. Laser tissue welding in ophthalmic surgery. J Biophotonics. 1 (4), 331-342 (2008).
- Pini, R., et al. Combining femtosecond laser ablation and diode laser welding in lamellar and endothelial corneal transplants. Proc. SPIE Ophthalmic Technologies XVIII. 6 (844), 684411-1-684411-7 (2008).
- Rossi, F., et al. All-laser' endothelial corneal transplant in human patients. Proc. SPIE Ophthalmic Technologies XXII. 8209, 82091O-1-82091O-3 (2012).
- Rossi, F., Pini, R., Menabuoni, L. Experimental and model analysis on the temperature dynamics during diode laser welding of the cornea. J Biomed Opt. 12 (1), 014031-1-014031-7 (2007).
- Menabuoni, L., et al. Laser-assisted corneal welding in cataract surgery: retrospective study. J Cataract Refract Surg. 33 (9), 1608-1612 (2007).
- Buzzonetti, L., et al. Laser Welding in Penetrating Keratoplasty and Cataract Surgery in Pediatric Patients. Early Results. J Cataract Refract Surg. 39 (12), 1829-1834 (2013).
- Menabuoni, L., et al. The 'anvil' profile in femtosecond laser-assistedpenetrating keratoplasty. Acta Ophthalmol. 91 (6), e494-e495 (2013).
- Canovetti, A., et al. Laser-assisted penetrating keratoplasty: one year’s results in patients, using a laser-welded “anvil”-profiled graft. Am J Ophthalmol. 158 (4), 664-670 (2014).
